Nghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ chế biến sản phẩm nước uống từ quả cam có sử dụng chế phẩm enzyme pectinase và β glucosidase

Với những ưu điểm như vậy, việcnghiên cứu ứng dụng các enzyme này vào sản xuất nước quả là vô cùng cầnthiết, giúp cho quá trình chế biến thuận lợi và hiệu quả hơn.Với mong muốn tạo ra s

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan rằng, số liệu và kết quả nghiên cứu trong khóa luận này

là trung thực và chưa hề được sử dụng

Tôi xin cam đoan rằng, mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện khóa luận này

đã được cảm ơn và các thông tin được trích dẫn trong khóa luận này đã được ghi

rõ nguồn gốc

Hà Nội, ngày 27 tháng 5 năm 2013 Sinh viên

Lương Thùy Dương

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc tới TS Hoàng Thị LệHằng và TS Trần Thị Định đã tận tình hướng dẫn, định hướng, giúp đỡ tôi vềchuyên môn trong suốt thời gian thực hiện luận văn

Đồng thời, tôi cũng xin chân thành cảm ơn tới toàn thể cán bộ, nhân viên

bộ môn Bảo quản chế biến - Viện nghiên cứu Rau quả đã góp ý, tạo điều kiệngiúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này

Qua đây tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình, người thân

và bạn bè, những người luôn ủng hộ và động viên tôi trong suốt quá trình họctập và nghiên cứu

Hà Nội, ngày 27 tháng 5 năm 2013

Sinh viên

Lương Thùy Dương

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 1

LỜI CẢM ƠN 2

MỤC LỤC 3

DANH MỤC BẢNG 6

DANH MỤC HÌNH 7

PHẦN THỨ NHẤT: MỞ ĐẦU 8

1.1 Đặt vấn đề 8

1.2 Mục đích - Yêu cầu 9

1.2.1 Mục đích 9

1.2.2 Yêu cầu 9

PHẦN THỨ HAI: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 10

2.1 Giới thiệu về nguyên liệu cam 10

2.1.1 Nguồn gốc và phân loại 10

2.1.2 Các giống cam phổ biến ở Việt Nam 10

2.1.3 Thành phần hóa học của quả cam 13

2.1.4 Các sản phẩm chế biến từ cam 14

2.1.5 Tình hình sản xuất và tiêu thụ cam 15

2.2 Hệ enzyme pectinase 17

2.2.1 Giới thiệu về enzyme pectinase 17

2.2.2 Cơ chất của enzyme pectinase 17

2.2.3 Các chế phẩm enzyme pectinase dùng trong công nghiệp thực phẩm .18 2.2.4 Cơ chế tác dụng của enzyme pectinase 19

2.2.5 Các yếu tố ảnh hưởng tới hoạt tính của enzyme pectinase 20

2.3 Enzyme β-glucosidase 23

2.3.1 Giới thiệu về hệ enzyme β-glucosidase 23

2.3.2 Đặc điểm cấu tạo 24

2.3.3 Đặc tính của enzyme β-glucosidase 25

2.4.4 Khả năng ứng dụng của enzyme β-glucosidase 26

PHẦN THỨ BA: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 29

3.1 Đối tượng, vật liệu nghiên cứu 29

3.1.1 Nguyên liệu 29

3.1.2 Vật liệu 29

3.2 Địa điểm và thời gian nghiên cứu 30

3.3 Nội dung nghiên cứu 30

3.3.1 Nghiên cứu lựa chọn giống cam và độ chín thích hợp cho mục đích chế biến nước quả 30

3.3.2 Nghiên cứu sử dụng chế phẩm enzyme Pectinex Ultra SP-L và β-glucosidase nhằm tăng hiệu suất thu hồi và chất lượng dịch quả 30

3.3.3 Nghiên cứu tỷ lệ phối chế dịch quả/sản phẩm, tỷ lệ các chất điều vị thích hợp 30

3.3.4 Nghiên cứu chế độ thanh trùng sản phẩm thích hợp 30

3.3.5 Xây dựng quy trình công nghệ chế biến nước cam có sử dụng chế phẩm enzyme pectinase và β-glucosidase 30

3.4 Phương pháp nghiên cứu 31

3.4.1 Phương pháp vật lý 31

3.4.2 Phương pháp hóa lý 31

3.4.3 Phương pháp đánh giá cảm quan 34

3.4.4 Phương pháp kiểm tra chỉ tiêu vi sinh vật 34

3.4.5 Phương pháp xử lý số liệu 34

3.4.6 Phương pháp toán học 34

3.4.7 Phương pháp bố trí thí nghiệm 38

PHẦN THỨ TƯ: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 43

4.1 Nghiên cứu xác định giống cam và độ chín thích hợp cho mục đích chế biến

nước quả 43

4.1.1 Xác định giống cam thích hợp 43

4.1.2 Xác định độ chín thích hợp 44

4.2 Nghiên cứu sử dụng enzyme Pectinex Ultra SP-L nhằm tăng hiệu suất thu hồi và nâng cao chất lượng nước cam 45

4.2.1 Nghiên cứu xác định nồng độ enzyme thích hợp 45

4.2.2 Nghiên cứu xác định nhiệt độ xử lý enzyme 47

4.2.3 Nghiên cứu thời gian xử lý enzyme thích hợp 48

4.3 Nghiên cứu ứng dụng chế phẩm enzyme β-glucosidase khử đắng cho sản phẩm nước cam 49

4.3.1 Xác định miền ảnh hưởng của nồng độ enzyme 50

4.3.2 Xác định miền ảnh hưởng của nhiệt độ xử lý 50

4.3.3 Ảnh hưởng của thời gian xử lý 50

4.3.4 Quy hoạch thực nghiệm tìm hàm hồi quy 51

4.4 Nghiên cứu tỷ lệ phối chế dịch quả/sản phẩm, tỷ lệ các chất điều vị thích hợp 55

4.4.1 Xác định tỷ lệ phối chế dịch quả/sản phẩm 55

4.4.2 Xác định tỷ lệ TSS/A thích hợp 56

4.5 Nghiên cứu chế độ thanh trùng 58

4.6 Quy trình chế biến nước cam có sử dụng enzyme 59

PHẦN THỨ NĂM: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 61

5.1 Kết luận 61

5.2 Đề nghị 61

TÀI LIỆU THAM KHẢO 62

PHỤ LỤC 64

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1 Thành phần hóa học của quả cam, quýt xvi

Bảng 2.2 Sản lượng cam của một số nước trên thế giới năm 2011 xvii

Bảng 2.3 Tình hình sản xuất cam quýt giai đoạn 2001 - 2007 xviii

Bảng 3.1 Bảng ma trận kế hoạch thực nghiệm xxxviii Bảng 3.2 Bố trí thí nghiệm xác định tỷ lệ TSS/A thích hợp xliii Bảng 3.3 Sơ đồ bố trí thí nghiệm thanh trùng xliv Bảng 4.1 Đặc điểm lý học và hóa học của các giống cam xlv Bảng 4.2 Sự biến đổi khối lượng, kích thước, độ cứng của cam sành ở các độ chín thu hái khác nhau xlvi Bảng 4.3 Sự biến đổi thành phần hoá học của cam sành khi thu hái ở các

độ chín khác nhau xlvii Bảng 4.4 Ảnh hưởng của nồng độ enzyme đến chất lượng và hiệu suất thu hồi nước cam xlviii Bảng 4.5 Ảnh hưởng của nhiệt độ xử lý đến chất lượng và hiệu suất thu hồi nước cam xlix Bảng 4.6 Ảnh hưởng của thời gian xử lý đến chất lượng và hiệu suất thu hồi nước cam l Bảng 4.7 Ảnh hưởng của nồng độ enzyme β-glucosidase đến khả năng khử đắng dịch cam lii Bảng 4.8 Ảnh hưởng của nhiệt độ xử lý đến khả năng khử đắng của enzyme β-glucosidase lii Bảng 4.9 Ảnh hưởng của thời gian xử lý đến khả năng khử đắng của enzyme β-glucosidase lii Bảng 4.10 Ma trận thực nghiệm kế hoạch toàn phần hai mức tối ưu liv Hình 4.1 Sự biến thiên hàm lượng naringin bị thủy phân theo nhiệt độ

và tỷ lệ enzyme β-glucosidase lvi

Bảng 4.12 Bảng phân tích dịch cam xử lý ở nồng độ enzyme 230UI/l, nhiệt độ 38ºC và thời gian 30 phút lviiBảng 4.13 Ảnh hưởng của tỷ lệ phối chế đến chất lượng nước cam lviiiBảng 4.14 Ảnh hưởng của tỷ lệ TSS/A đến chất lượng nước cam lixBảng 4.15 Đánh giá chất lượng nước cam sau thời gian bảo ôn lxBảng 4.16 Chỉ tiêu vi sinh vật của các mẫu sau bảo ôn lxiHình 4.2 Quy trình chế biến nước cam có sử dụng enzyme lxii

DANH MỤC HÌNH

PHẦN THỨ NHẤT MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề

Xã hội ngày càng phát triển, đời sống con người được nâng cao khiến chonhu cầu về mọi mặt ngày càng tăng, đặc biệt là nhu cầu thực phẩm Để đáp ứngnhu cầu ngày càng cao đó, ngành công nghiệp thực phẩm trong những năm gầnđây đã có sự phát triển mạnh mẽ, một trong những lĩnh vực được quan tâm nhất

là lĩnh vực sản xuất nước giải khát

Trước đây, người tiêu dùng không quá quan tâm đến vấn đề dinh dưỡngcũng như lợi ích do nước uống, nước giải khát mang lại Tuy nhiên, cùng với sựphát triển của xã hội, con người ngày càng hiểu biết và quan tâm đến sứckhỏe của mình nhiều hơn Họ bắt đầu tìm kiếm và mong muốn những sảnphẩm vừa ngon lại tốt cho sức khỏe, không hóa chất, không phụ gia haychất bảo quản Đồ uống sản xuất từ rau quả thiên nhiên là sản phẩm tốt nhấtđáp ứng được nhu cầu này Đây chính là hướng đi triển vọng của ngànhcông nghiệp thực phẩm hiện nay

Việt Nam là nước có khí hậu nhiệt đới rất thích hợp cho việc trồng cây ănquả Các loại hoa quả nước ta rất phong phú với nhiều chủng loại khác nhau,nếu quy hoạch vùng nguyên liệu tốt thì đây sẽ là nguồn nguyên liệu dồi dào chosản xuất nước quả, vừa phát triển công nghiệp trong nước lại tạo thêm công ănviệc làm cho người nông dân

Cam là một loại quả giàu dinh dưỡng, được trồng phổ biến với sản lượngkhá lớn ở nước ta Màu sắc, hương vị của cam hấp dẫn, rất thích hợp cho việcsản xuất nước quả, tuy nhiên hiện nay phần lớn đều dùng để ăn tươi, chỉ mộtphần nhỏ dùng cho chế biến Hơn nữa, cam có hàm lượng pectin cao và một sốchất gây vị đắng trong cùi và màng múi, gây nhiều khó khăn cho việc chế biến,làm giảm hiệu suất thu hồi và chất lượng dịch quả Vì vậy, việc cần thiết nhằmhoàn thiện quy trình chế biến nước cam hiện nay là phải tìm ra giải pháp khắcphục những khó khăn trên

Một trong những biện pháp nhằm nâng cao hiệu quả chế biến thực phẩmhiện nay là sử dụng enzyme, đây là phương hướng rất có triển vọng trong sản

xuất nước quả, rượu vang và nước uống không cồn Một trong những enzymequan trọng, được sử dụng rộng rãi trong sản xuất nước quả chính là enzymepectinase Nó có tác dụng làm cho việc tách chiết nước quả tốt hơn và nâng caosản lượng nước quả; giảm độ nhớt, tăng hiệu suất lọc và làm trong nước quảkhiến chất lượng nước quả tăng lên Ngoài ra, để khử vị đắng của nước quảngười ta có thể dùng enzyme ß-glucosidase Với những ưu điểm như vậy, việcnghiên cứu ứng dụng các enzyme này vào sản xuất nước quả là vô cùng cầnthiết, giúp cho quá trình chế biến thuận lợi và hiệu quả hơn.

Với mong muốn tạo ra sản phẩm nước uống từ cam giàu dinh dưỡng, tốtcho sức khỏe với chất lượng cao, giá thành hợp lý, chúng tôi đã thực hiện đề tài:

“Nghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ chế biến sản phẩm nước uống từ quả cam có sử dụng chế phẩm enzyme pectinase và β-glucosidase”.

1.2 Mục đích - Yêu cầu

1.2.1 Mục đích

Nghiên cứu hoàn thiện quy trình công nghệ chế biến nước cam nhằm tănghiệu suất thu hồi và nâng cao chất lượng nước uống từ quả cam nhờ chế phẩmenzyme pectinase và β-glucosidase

1.2.2 Yêu cầu

Xác định giống cam và độ chín thích hợp cho chế biến nước quả

Xác định các thông số công nghệ thích hợp cho chế phẩm enzymepectinase trong chế biến nước cam

Xác định các thông số công nghệ thích hợp cho chế phẩm enzyme glucosidase để khử đắng trong chế biến nước cam

β-Xây dựng quy trình chế biến nước cam có sử dụng enzyme pectinase vàβ-glucosidase

PHẦN THỨ HAI TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 Giới thiệu về nguyên liệu cam

2.1.1 Nguồn gốc và phân loại

Các loại cây có múi hiện đang trồng ở nhiều nước trên thế giới đều cónguồn gốc từ các nước vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới Đông Nam châu Á.Đường ranh giới của vùng xuất xứ cây ăn quả có múi nằm ở chân dãy núiHimalaya, phía đông Ấn Độ qua miền nam Trung Quốc, về phía nam đườngranh giới của vùng đi qua Australia (Đường Hồng Dật, 2003)

Phần lớn cây có múi phân bố trong các vùng cận nhiệt đới giữa 15º và 35ºvĩ Bắc và giữa 15º và 35º vĩ Nam Trong vùng gần xích đạo ở giữa 15º vĩ Bắc và15º vĩ Nam, cam quýt trồng thường có chất lượng thấp và sản phẩm thôngthường chỉ đủ dùng cho thị trường địa phương (Đỗ Năng Vịnh, 2008)

Các loài cam quýt đều thuộc họ Rutaceae (họ cam), họ phụ Aurantoideae

(họ phụ cam, quýt) Việc phân loại cam quýt thường gặp khó khăn do các loàicây có múi có khả năng thích ứng rộng, quá trình di thực diễn ra mạnh trongnhững năm vừa qua, nhất là ở những năm gần đây do quá trình giao lưu, trao đổigiữa các nước diễn ra với quy mô lớn (Đường Hồng Dật, 2003)

Có thể chia cam thành bốn nhóm dựa trên các đặc điểm hình thái, thànhphần hóa học của quả là: (1) cam thường (ví dụ như cam Hamlin, Valencia,Shamouti, Pineapple…), (2) cam rốn (ví dụ như cam Navel Washington…), (3).cam có sắc tố đỏ hay còn gọi là cam máu - blood orange (ví dụ như camSanguinello, cam Moro, Tarocco, Maltaise Sanguine…), (4) cam không chua(acidless) Trong bốn nhóm trên, nhóm cam thường là nhóm cam thương mạiquan trọng nhất, được trồng rộng rãi trên thế giới (Ngô Hồng Bình, 2008)

2.1.2 Các giống cam phổ biến ở Việt Nam

2.1.2.1 Cam Sông Con

Là một giống cam nhập nội từ thời Pháp thuộc, được trồng đầu tiên ở độisản xuất Đào nguyên Nông trường Sông Con nên có tên là cam Sông Con

Đặc điểm: cây cao 3 - 4m, cành không có gai, góc độ phân cành nhỏ hơncác giống khác Trọng lượng trung bình quả 200 - 250g, tròn hơi dẹt Vỏ quảmàu vàng sáng, tép nhỏ, mịn, vàng mỡ gà, ít hạt, vị ngọt thanh, thơm dịu (NgôHồng Bình, 2008).

2.1.2.2 Cam Vân Du

Là giống cam nhập nội vào trại cam Vân Du năm 1947, có nhãn hiệuthương mại là Sunkist, qua quá trình chọn lựa đã cho ra những dòng tốt và từđây nhân giống đi các nơi và mang tên “Vân Du”

Đặc điểm: cây nhiều gai, cao từ 4 - 5m, tán rậm, hình tháp hoặc hình báncầu, đường kính 4 - 5m Quả hình trứng, nặng 170 - 180g, vỏ mỏng, trơn bóng,túi tinh dầu nhỏ và phân bố đều trên vỏ Khi chín vỏ quả màu da cam, quả có 11

- 12 múi, tép mịn, màu vàng tươi, vị ngọt thanh, thơm (Ngô Hồng Bình, 2008)

2.1.2.3 Cam Xã Đoài

Đây cũng là một giống cam nhập nội được người Pháp đưa vào từ rất lâu

và trồng đầu tiên ở thôn Đoài, xã Nghi Diên - Nghi Lộc - Nghệ An

Lá cam Xã Đoài thuôn dài, cành thưa có gai, eo lá rộng, mọc đứng Quảnặng trung bình 200 - 250g, vỏ mỏng, màu vàng tươi hấp dẫn Quả có trung bình

10 - 12 múi, ít hạt, màng múi mỏng, tép nhỏ, nhiều nước, vị ngọt và có mùithơm đặc biệt (Ngô Hồng Bình, 2008)

2.1.2.5 Cam Valencia

Là giống có nguồn gốc từ Mỹ, được nhập nội vào nước ta qua nước Cộnghòa Cuba cùng với cam Hamlin

Cây 9 năm tuổi cao 4 - 5m, đường kính tán 3,5 - 4m Cây phân cànhmạnh, cành ngắn, ít gai Quả to, khối lượng quả trung bình 200 - 250g, hìnhovan, vỏ hơi dày, mọng nước, ít hạt, giòn, ít xơ bã (Đường Hồng Dật, 2003).

2.1.2.6 Cam Navel (cam Rốn)

Đây là giống được nhập nội vào nước ta từ rất lâu (năm 1937), hiện còntrồng rải rác ở một số địa phương trước đây là những nông trường trồng cam

Đặc điểm của giống cam Rốn là chúng có lá và tán cây gần giống camSông Con Quả nặng trung bình 230g, có giống tới 290g, vỏ quả màu vàng dacam, quả có 11 - 12 múi, thịt quả màu vàng đậm, mọng nước, vị ngọt đậm,thơm, ít hạt đến không hạt (Ngô Hồng Bình, 2008)

2.1.2.7 Cam dây

Là giống cam chanh bình thường được trồng phổ biến ở các tỉnh đồngbằng sông Cửu Long và Đông Nam Bộ Ở tỉnh Tiền Giang, cam dây chiếm tới80% diện tích trồng cam quýt của tỉnh

Cây phân cành thấp, tán hình dù tỏa rộng Khối lượng quả trung bình 217 259g, khi chín vỏ quả màu vàng, thịt quả vàng đậm, ngọt (Đường Hồng Dật, 2003)

-2.1.2.8 Cam mật

Là giống cam được bà con các tỉnh vùng đồng bằng sông Cửu Long ưathích Phần lớn các diện tích cây có múi ở miệt vườn Tây Nam Bộ được trồnggiống cam này

Cây 5 tuổi cao trung bình 5m, tán hình cầu Khối lượng quả trung bình là

240 - 250g Quả mọng nước, khi chín có màu vàng, quả thơm, vị ngọt nhạt, hàmlượng axit thấp, nhiều hạt (Đường Hồng Dật, 2003)

2.1.2.9 Cam sành

Giống cam sành có nguồn gốc từ Đông Dương, sau đó lan rộng lên phíabắc đến Nhật Bản (với tên gọi Nhật Bản là Kunenbo), tràn xuống phía Nam vàlan ra khắp Malaysia (Đỗ Năng Vịnh, 2008)

Cam sành là một giống lai giữa cam và quýt, còn được gọi là quýt King

Ở Việt Nam, cam sành được trồng ở tất cả các vùng trồng cây có múi khắp đấtnước Sản lượng cam sành ở miền Nam nhiều hơn miền Bắc Ở các tỉnh phía

Bắc, cam sành thường được mang tên các địa phương trồng nhiều Đáng chú ý

là các vùng cam sành Hàm Yên (Tuyên Quang), Bắc Quang (Hà Giang), Bố Hạ(Bắc Giang), Yên Bái

Cam sành sinh trưởng khỏe, phân cành hướng ngọn Cành mập và thưa,

có thể có gai hoặc không gai Quả có vỏ dày, thô, sần sùi không hấp dẫn, nhưngmàu sắc vỏ quả và thịt quả lại rất đẹp, ăn có hương thơm, phẩm vị rất ngon(Đường Hồng Dật, 2003)

2.1.3 Thành phần hóa học của quả cam

Cam quýt là loại quả có giá trị dinh dưỡng cao Trong thành phần thịt quả

có chứa 6 – 12 % đường (chủ yếu là saccarose), hàm lượng vitamin C 40 – 90mg/ 100g cam tươi, các axit hữu cơ 0,4 – 1,2 %, trong đó có nhiều loại axit cóhoạt tính sinh học cao, cùng với các chất khoáng và dầu thơm (Bảng 2) (ĐườngHồng Dật, 2003)

Thành phần hoá học của cam phụ thuộc vào điều kiện canh tác, độ chín,chủng giống cam và điều kiện sinh thái cũng như điều kiện chăm sóc trước thuhoạch Cùng một giống cam nhưng trồng ở các vùng khác nhau sẽ có thành phầnhoá học khác nhau

Ngoài ra, trong quá trình chế biến khi sử dụng các biện pháp kỹ thuậtkhác nhau thì chất lượng nước cam thu được cũng khác nhau Trong quá trình éplấy dịch quả cam, áp lực ép khác nhau cũng cho dịch quả có thành phần khácnhau, trong đó có những chất tạo ra những biến đổi bất lợi trong quá trình chếbiến nước cam Do vậy, nghiên cứu các thành phần cấu tạo quả cam có ý nghĩaquan trọng để tìm ra phương pháp chế biến thích hợp, hạn chế được những biếnđổi bất lợi

Bảng 2.1 Thành phần hóa học của quả cam, quýt

75,953,243,491,220,222,404,473,490,671700,0201,27

87,201,451,044,850,95vết0,650,340,45380,060,060,13

74,743,543,061,250,191,303,873,530,871310,0300,28

2.1.4 Các sản phẩm chế biến từ cam

Trên thế giới, cam quýt ngoài dạng ăn tươi, còn có khoảng 30% được chếbiến trong công nghiệp và chế biến thực phẩm

a) Trong công nghiệp

Tinh dầu từ vỏ quả, lá, hoa,được dùng nhiều trong công nghiệp thực phẩm

và mỹ phẩm Vỏ, cùi cam là nguyên liệu trong công nghiệp chế biến pectin,dùng trong công nghiệp thực phẩm và dược phẩm

b) Trong chế biến thực phẩm

Cam có thể đươc chế biến thành các dạng mứt như: mứt đông, được nấu

từ nước quả hoặc xiro quả, có độ khô từ 65 – 70% (loại không pha pectin); mứtđông được nấu từ nước quả hoặc xiro quả, có độ khô từ 55 – 65% (loại pha thêmpectin và aga); mứt nhuyễn được chế biến từ purê quả chà mịn nấu với đường,

độ khô 66 – 70%; mứt rim: được sản xuất bằng cách nấu quả với đường khôhoặc nước đường, sản phẩm có độ khô 68 – 70%

Cam quýt được chế biến thành các dạng đồ uống như: nước cam quýt tựnhiên, cam quýt nước đường, nước cam cô đặc, xirô cam, squash cam, bộtcam… (Nguyễn Thị Minh Phương, 2008).

2.1.5 Tình hình sản xuất và tiêu thụ cam

2.1.5.1 Tình hình sản xuất và tiêu thụ cam trên thế giới

Cam là loại cây ăn quả quan trọng và phổ biến trên thế giới Hiện nay camđược trồng khắp các lục địa, tập trung ở hai dải lớn của Bắc và Nam bán cầu từvĩ độ 20  40 hình thành một số vùng cam chính sau:

Vùng cam châu Á: bao gồm các nước như Ấn Độ, Trung Quốc,Indonesia, Pakistan, Thổ Nhĩ Kỳ, Việt Nam, Úc…

Vùng cam Địa Trung Hải: bao gồm các nước Tây Ban Nha, Italia, Maroc,

Ai Cập, Hi Lạp, Angeria…

Vùng cam châu Mỹ: gồm Mỹ, Mehico, Brazil, Acgentina…

Bảng 2.2 Sản lượng cam của một số nước trên thế giới năm 2011

Cam quýt được đưa vào Việt Nam từ thế kỷ XVI, cho đến nay đã đượcnhiều nhà khoa học quan tâm và đã chọn ra được nhiều giống cho năng suất cao,phẩm chất tốt đem trồng ở một số vùng trên cả nước

Từ những năm hoà bình lập lại đến những năm 60 của thế kỷ 20 cam quýt

ở Việt Nam còn rất hiếm, cây cam mới chỉ tập trung ở một số vùng chuyên canhnhư Xã Đoài (Nghệ An), Bố Hạ (Bắc Giang)

Từ những năm 1960 ở miền Bắc thành lập một loạt các nông trường quốcdoanh, trong đó có rất nhiều các nông trường trồng cam quýt như Sông Lô, CaoPhong, Sông Bồi, Thanh Hà, Sông Con đã hình thành một số vùng trồng camchính ở nước ta như: Nghệ An, tây Thanh Hoá, Xuân Mai (Hoà Bình), Việt Bắc

Thời kỳ từ năm 1975 trở lại đây ở miền Bắc diện tích và sản lượng cam

có xu hướng giảm dần Tuy nhiên vào thời điểm đó, ở miền Nam, diện tích vàsản lượng cam quýt lại tăng lên nhất là khu vực tư nhân, các tỉnh có diện tíchcam nhiều như Vĩnh Long, Tiền Giang, Bến Tre, Đồng Tháp

Bảng 2.3 Tình hình sản xuất cam quýt giai đoạn 2001 - 2007

(Theo Nguyễn Văn Nghiêm, 2009)

Vào đầu những năm của thế kỷ 21 trở lại đây so với những năm 1975 củathế kỷ 20 thì diện tích, năng suất và sản lượng của cam được tăng lên rất mạnh

và dần ổn định (Nguyễn Tú Huy, 2009)

2.2 Hệ enzyme pectinase

2.2.1 Giới thiệu về enzyme pectinase

Enzyme pectinase là nhóm enzyme xúc tác cho sự thủy phân pectin.Trong tự nhiên, sự phân hủy pectin thường xảy ra khi trái cây chín, quả chuyển

từ trạng thái cứng sang mềm

Pectinase đã được nghiên cứu sử dụng trong sản xuất nước rau quả từnhững năm 1930 Trong thực phẩm, hệ enzyme cellulase được sử dụng kết hợpvới pectinase để sản xuất các loại puree, bột trái cây, rau củ nghiền nhuyễn Tácdụng của các enzyme này là làm tăng hiệu suất ép, làm trong và tăng cường khảnăng lọc (đối với nước quả trong), giảm hiện tượng lắng (ở các loại nước quảđục) do phá vỡ các thành phần polymer không tan như cellulose, hemicellulose,pectin, cải thiện màu và mùi của sản phẩm Trong sản xuất rượu vang đỏ vànước nho đỏ, hệ enzyme trên được sử dụng để giải phóng tối đa và làm bền màu,tăng cường mùi cho các loại rượu và nước quả làm từ quả còn xanh, cải thiện độtrong và khả năng lọc… Pectinase cũng được sử dụng để tách lớp keo trên bềmặt hạt cà phê trong sản xuất cà phê và cà phê hòa tan (Hoàng Kim Anh, 2006)

2.2.2 Cơ chất của enzyme pectinase

Pectin là các polygalacturoit, vốn rất phổ biến trong thực vật Chúng hòatan trong các dịch thực vật và bị kết tủa bởi rượu, tạo thành keo Về mặt hóahọc, các pectin là những axit polygalacturonic mà một phần các nhóm carboxyl

đã bị methyl hóa Các gốc D-galacturonic liên kết với nhau bằng các liên kết 1-4glycoside Các liên kết này bị phá hủy bởi enzyme polygalacturonase (pectinase)

và các axit mạnh

Người ta chia pectin thành các nhóm như sau:

 Axit pectic: axit polygalacturonic không có nhóm carboxyl bị methyl hóa

 Các axit pectinic: đó là các axit polygalacturonic có một phần nhómcarboxyl bị methyl hóa Các nhóm methyl này có thể bị tách ra nhờ các enzymepectinesterase

 Pectin hòa tan: là các pectinic axit có một số lớn nhóm methyl Nó có khảnăng làm đông thành keo các dung dịch đường có nồng độ cao, khi có mặt cácaxit hữu cơ.

 Pectin không tan (protopectin): được tạo ra từ các chuỗi dài axit pectinic,vốn được liên kết với nhau tại các chỗ giao nhau qua nhóm carboxyl Trongprotopectin, axit polygalacturonic liên kết với các chất khác như cellulose,galactan, araban, tinh bột

 Ngoài ra còn các dạng muối của axit pectinic (chủ yếu là muối canxi) gọi

là các pectinat

Trong thực vật, các chất pectin chủ yếu tồn tại ở dạng protopectin, chúng

có chủ yếu trong thành tế bào thực vật Sự chín của quả kèm theo sự chuyểnprotopectin thành pectin hòa tan làm cho vỏ quả mềm Người ta vẫn chưa tìm racác enzyme xúc tác cho quá trình này, có thể nó được thực hiện không cần cómặt enzyme (Ngô Xuân Mạnh và cộng sự, 2006)

2.2.3 Các chế phẩm enzyme pectinase dùng trong công nghiệp thực phẩm

2.2.3.1 Pectinex Ultra SP-L

Pectinex Ultra SP-L là chế phẩm enzyme pectinase hoạt tính cao đượcdùng chủ yếu để xử lý quả nghiền

Pectinex Ultra SP-L được sản xuất từ Aspergillus niger Enzyme này chứa

chủ yếu pectinase và một loạt hoạt tính của hemixenlulase Nó có khả năng thủyphân màng tế bào thực vật Dung dịch có màu thẫm, mùi thơm nhẹ đặc trưngcủa sản phẩm lên men và có pH = 4,5 Hoạt tính của nó là 26.000PG/ml

Pectinex Ultra SP-L được sử dụng để xử lý quả nghiền và ngâm mô tế bàothực vật Nó được thêm vào dịch quả nghiền dẫn đến sự tăng mạnh mẽ hiệu suất

ép, nâng cao sản lượng nước quả và việc trích ly chất khô hòa tan, hương vị,màu sắc mà không làm thay đổi thiết bị của hệ thống ép thông thường (NguyễnTrọng Cẩn và cộng sự, 1998)

phẩm lên men Enzyme này thuỷ phân liên kết este trong phân tử pectin làmgiảm độ metoxyl hoá, tạo ra các nhóm cacboxyl tự do Khi đó với sự có mặt củaion Ca+2 có trong dịch quả hoặc được bổ sung từ ngoài vào dưới dạng CaCl2 thìkết tủa pectatcanxi được tạo thành, nhờ đó mà pectin được loại ra khỏi dịch quả(Nguyễn Trọng Cẩn và cộng sự, 1998).

2.2.4 Cơ chế tác dụng của enzyme pectinase

Pectinase là nhóm enzyme xúc tác thủy phân các hợp chất pectin, đượcchia thành hai nhóm chủ yếu là pectinesterase và polygalacturonase

2.2.4.1 Enzyme pectinesterase (PE)

Là các enzyme xúc tác thủy phân liên kết este trong phân tử pectin hoặcaxit pectinic Khi toàn bộ nhóm metoxyl được tách ra khỏi cơ chất thì sản phẩmtạo thành là alcol metylic và axit polygalacturonic Sự phân hủy chỉ xảy ra ở liênkết este kề liền với nhóm cacboxyl tự do Như vậy, số liên kết este trong phân tửpectin và axit pectinic có thể bị thủy phân hoàn toàn hay một lần

Cơ chế tác dụng của PE:

COOH COOCH3 COOH COOCH3 COOCH3

COOCH3 COOCH3 COOCH3 COOH COOCH3 COOCH3

+ Exoglucosidase-polymetyl galacturonase III: xúc tác thủy phân liên kếtglucozit ở đầu mạch, tách từng gốc axit galacturonic ra khỏi phân tử pectin, bắtđầu từ đầu không khử Enzyme này có ái lực với gốc axit galacturonic đãmetocyl hóa.

COOCH3 COOCH3 COOCH3 COOCH3 COOCH3

 Polygalacturonase: là enzyme tác dụng chủ yếu lên axit pectic và axitpectinic Enzyme này có thể được chia thành hai nhóm tùy thuộc vào vị trí củaliên kết glucozit bị cắt:

+ Endo-glucosidase-polygalacturonase II: đây là enzymepolygalacturonase dịch hóa Enzyme này chỉ có tác dụng khi có nhóm cacbocyl

tự do Vị trí đứt mạch của cơ chất được xác định bởi sự có mặt của nhómcacbocyl tự do

COOH COOH COOCH3 COOH COOCH3

+ Exo-glucozidase-polygalacturonase IV: enzyme này xúc tác sự thủyphân các liên kết glucozit ở cuối mạch cả phân tử axit pectic hoặc axit pectinicnhưng bên cạnh đó không được chứa nhóm metocyl (tức là liên kết đầu mạchgắn với nhóm cacbocyl tư do)

COOH COOH COOCH3 COOH COOH

Exo - PG - IV(Nguyễn Trọng Cẩn và cộng sự, 1998)

2.2.5 Các yếu tố ảnh hưởng tới hoạt tính của enzyme pectinase

a) Ảnh hưởng của chất lượng pectin

Chất lượng pectin ảnh hưởng nhiều tới sự tạo độ nhớt của dịch quả và khảnăng thuỷ phân enzyme Pectin có độ nhớt càng cao thì hiệu quả tác dụng củapolygalacturonase càng thấp

b) Ảnh hưởng của đường và axit

Đường và axit trong quả tạo với pectin thành gel, làm độ nhớt của dungdịch pectin tăng lên Người ta đã xác định được là L-malic có tác dụng ức chếmạnh với enzyme polygalacturonase

Độ nhớt của nước quả, ngoài phụ thuộc vào số lượng và chất lượng củapectin, còn phụ thuộc vào dạng đường trong nguyên liệu và số lượng các đường

đó Độ nhớt của chúng sau khi xử lý bằng các chế phẩm enzyme thì hầu nhưbằng nhau Do đó, sự khác nhau về độ nhớt ban đầu (tuỳ thuộc vào sự có mặtcủa các dạng đường khác nhau trong nước quả) không ảnh hưởng tới sự có mặtcủa enzyme pectinase

Người ta đã chứng minh được rằng, với nồng độ ion H+ như nhau trongdung dịch pectin, axit xitric ức chế enzyme pectinase mạnh hơn so với axittactric Tính chất ức chế của các axit là yếu tố rất quan trọng, nhiều khi là yếu tốquyết định để ứng dụng các chế phẩm enzyme pectinase nhằm nâng cao hiệusuất thu hồi và trích ly nước quả

c) Ảnh hường của các chất chát

Đã có một số tài liệu đề cập đến tác dụng ức chế của các chất chát đối vớienzyme pectinase và polygalacturonase Tác dụng ức chế mạnh nhất biểu hiện ởleucoantoxian oxy hóa và catechin hoá, tanin có tác dụng ức chế yếu hơn Người

ta chứng minh được là các chế phẩm enzyme có độ mẫn cảm khác nhau đối vớitác dụng của chất chát Các biện pháp khắc phục tác dụng xấu của tanin có tầmquan trọng trong việc sử dụng hiệu quả các chế phẩm enzyme pectinase trongsản xuất nước quả từ các loại quả có chứa một lượng lớn chất chát Sự khác biệt

về tác dụng của chất chát tới các chế phẩm enzyme là khác nhau tạo ra khả năng

có thể điều chế được chế phẩm bền hơn đối với tác dụng của chất chát

d) Ảnh hưởng của thành phần chất khoáng trong quả

Các ion K+, Na+, Ca++, Mg++ có ảnh hưởng tới hiệu quả tác dụng của cácenzyme pectinase Người ta thấy rằng: muối Ca++, Mg++ làm tăng hoạt độ củacác enzyme do chúng có thể tham gia vào trung tâm hoạt động của enzyme Đã

có nghiên cứu xác định được rằng các ion Ca++, Mg++ gây tác dụng kích thíchcác enzyme pectolitic khi bổ sung muối CaSO4 và MgSO4; còn các ion Na+, K+gây tác dụng kích thích khi bổ sung muối Na3PO4 và K2CO3; ngoài ra, ion K+ ởnồng độ cao sẽ gây ức chế mạnh nhất đối với enzyme pectinase

e) Ảnh hưởng của pH môi trường

Các enzyme pectinase từ các nguồn khác nhau có độ pH tối ưu khác nhau.Như các enzyme khác, hoạt tính của enzyme pectinase cũng phụ thuộc vào pH.Enzyme này có khoảng hoạt động khá rộng và hoạt tính của nó tuỳ thuộc vàonguồn gốc, chủng loại enzyme Hầu hết dịch quả đều có tính axit Hoạt tính củaenzyme tăng tỷ lệ với chiều tăng của pH Giá trị pH tối ưu của enzyme pectinasenằm trong khoảng 4 - 4,5; khi pH môi trường lớn hơn 4,5 mặc dù pectin vẫn bịthuỷ phân nhưng quá trình làm trong không thể xảy ra, ở đó protein mang điệntích âm dẫn đến quá trình kết khối protein - pectin không xảy ra

f) Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian

Cũng như các phản ứng hoá học, vận tốc xúc tác của các enzyme tăng khinhiệt độ tăng Tuy nhiên, do bản chất của enzyme là protein nên chúng khôngbền dưới tác dụng của nhiệt Khi nhiệt độ tăng thì hoạt tính của enzyme tăng,song nếu vượt quá một giới hạn nào đó thì hoạt tính của enzyme giảm dần vàkhi nhiệt độ lớn hơn 70ºC thì enzyme pectinase hoàn toàn bị mất hoạt lực Nhiệt

độ ứng với hoạt lực lớn nhất của enzyme là nhiệt độ tối ưu, nhiệt độ này khôngphải là hằng số mà phụ thuộc vào những yếu tố khác, đặc biệt là thời gian tácdụng Thời gian càng dài thì nhiệt độ tối ưu của enzyme càng thấp Mặt khác,thời gian kéo dài làm cho chất lượng quả bị giảm sút và trong nhiều trường hợp,sản phẩm có thể quả bị hỏng do kết quả của quá trình oxy hoá và nhiễm tạp visinh vật Ngoài ra, nhiệt độ tối ưu của enzyme còn phụ thuộc vào nồng độenzyme và dạng tồn tại của enzyme

g) Ảnh hưởng của nồng độ enzyme pectinase

Căn cứ vào hoạt độ phân giải pectin chung của enzyme, người ta tính toánđược lượng chế phẩm enzyme pectinase cần đưa vào nguyên liệu quả và nướcquả Khi sử dụng các chế phẩm enzyme nhằm các mục đích tăng hiệu suất vàlàm trong nước quả, hiệu quả tác dụng của chế phẩm có thể hiển thị chính xáchơn bằng các phương pháp dựa trên sự xác định mức giảm độ nhớt của các dungdịch pectin Khi lựa chọn nồng độ chế phẩm enzyme, nên chọn nồng độ tối thiểu

mà vẫn đảm bảo được các biến đổi cần thiết, với thời gian mà công nghệ củadạng nước quả cho phép

Hiệu quả tác dụng của chế phẩm enzyme hoàn toàn phụ thuộc vào thànhphần các enzyme và đặc điểm của nguyên liệu chế biến Do vậy, chỉ có thể xácđịnh một cách chính xác lượng chế phẩm enzyme bổ sung bằng cách thử tácdụng của mỗi chế phẩm riêng rẽ tới nguyên liệu quả trong những điều kiện xử lýkhác nhau.

2.3 Enzyme β-glucosidase

2.3.1 Giới thiệu về hệ enzyme β-glucosidase

2.3.1.1 Hệ enzyme β-glucosidase (EC 3.2.1.21)

Hệ enzyme β-glucosidase là enzyme thủy phân, có khả năng xúc tác thủyphân liên kết β-D-1,4-glucozit từ đầu không khử của chuỗi gluxit, giải phóngphân tử D-glucose với sự giữ nguyên cấu hình (Bhatia và cộng sự, 2002) Phảnứng thủy phân tổng quát cho liên kết β-D-glucozit như sau:

β-D-glucozit + H2O → D-glucose + alcohol

2.3.1.2 Nguồn thu nhận enzyme β-glucosidase

Enzyme β-glucosidase được thu nhận từ nhiều nguồn khác nhau Cho đến nayngười ta đã tách chiết được enzyme β-glucosidase từ các nguồn động vật, thựcvật và vi sinh vật

a) Thực vật

Enzyme β-glucosidase có thể được tách chiết từ nhiều nguồn khác nhaunhư ngô, nhân hạt quả mơ và một số loại quả khác thuộc họ hạnh nhân Enzymethu được từ nguồn này có đặc điểm nổi bật là bền nhiệt, có khoảng pH hoạt độngkhá rộng và tuyệt đối không chứa độc tố

b) Nhóm vi khuẩn và xạ khuẩn

Các vi khuẩn yếm khí có khả năng sinh tổng hợp phức hệ enzymecellulase hoàn chỉnh, trong đó nhiều chủng cho hoạt tính β-glucosidase cao.c) Nhóm nấm sợi

Nấm có khả năng sinh tổng hợp cellulase nói chung và β-glucosidase nóiriêng phân bố rất rộng và đa dạng trong tự nhiên cả ở nấm mốc và nấm men,nấm quả thể, đặc biệt là nấm mốc là nhóm có khả năng sinh tổng hợp enzyme

cellulase cao nhất Các nấm mốc điển hình có khả năng sinh tổng hợp cellulose

và β-glucosidase cao thuộc về các giống Aspergillus, Fusarium, Trichoderma, Botrytis, Rhisopus, Mucor Nhóm nấm mốc được nghiên cứu và ứng dụng nhiều nhất trong sản xuất enzyme β-glucosidase là Aspergillus niger.

2.3.2 Đặc điểm cấu tạo

Cấu tạo của enzyme β-glucosidase rất khác nhau và thay đổi tùy thuộcvào chủng giống và nguồn thu enzyme Một số công trình nghiên cứu cho thấyrằng, hoạt tính của β-glucosidase không bị ảnh hưởng bởi những chất kìm hãmđặc hiệu nhóm -SH như p-CMB hoặc DTT, điều đó chứng tỏ trung tâm hoạtđộng của enzyme không chứa nhóm này Ngoài ra những kết quả khi nghiên cứuhoạt tính enzyme β-glucosidase với EDTA đã cho thấy phần lớn hoạt tính β-glucosidase không tăng hoặc tăng lên không đáng kể khi xử lý với EDTA Do

đó có thể kết luận enzyme này không chứa nhóm -SH trong trung tâm hoạt động

và không thuộc nhóm enzyme kim loại

Nhìn chung các enzyme β-glucosidase được sinh tổng hợp từ các nguồn

và chủng loại khác nhau thì có khối lượng phân tử khác nhau Đối với enzymethực vật, qua một số nghiên cứu cho thấy khối lượng phân tử rất khác nhau, daođộng từ 50.000 - 400.000Da Khối lượng phân tử của enzyme β-glucosidase thunhận từ nấm mốc thường nằm trong khoảng 39.800 - 480.000Da Các enzyme β-glucosidase từ nấm men có khối lượng phân tử khác nhau phụ thuộc vào chủng

giống và điều kiện nuôi cấy Ví dụ như enzyme từ Candida pelliculosa có khối

lượng phân tử là 360.000Da bao gồm bốn phần dưới đơn vị, enzyme

β-glucosidase từ Piromyces sp có khối lượng phân tử là 45.000Da Trong khi đó,

khối lượng phân tử của một số enzyme β-glucosidase vi khuẩn lại dao độngtrong khoảng hẹp 340.000 - 380.000Da (Nguyễn Thị Huyền, 2008)

2.3.3 Đặc tính của enzyme β-glucosidase

2.3.3.1 Tính đặc hiệu cơ chất

Enzyme β-glucosidase là enzyme thuỷ phân có một phổ tác động khá rộngtuỳ thuộc vào nguồn và phương pháp thu nhận Nguồn thu nhận khác nhau dẫnđến sự có mặt của một số enzyme khác trong hệ, làm phong phú thêm khả năngtác động của β-glucosidase Ngoài khả năng thuỷ phân cellobiose, nó còn có thểthuỷ phân nhiều loại saccarit khác như laminaribiose, gentibiose, maltose, β-D-galactozit… và các Cyanogen glycozit như Amygdalin, prunasin, sinigrin,…cũng như các aryl, ankyl glucozit (Nguyễn Thị Huyền, 2008)

Ái lực của enzyme đối với mỗi cơ chất phụ thuộc vào bản chất của nguồnthu nhận chúng Thông thường β-glucosidase thu được từ vi khuẩn hoạt độngmạnh trên cả cellobiose cũng như các aryl glucozit, còn β-glucosidase từ nấmsợi hoạt động mạnh trên cellobiose và các saccarit Đối với các enzyme β-glucosidase thu từ nấm men và thực vật thì ngược lại, khả năng hoạt động trêncác aryl-alkyl-glucozit mạnh hơn rất nhiều so với trên cellobiose và các saccarit

2.3.3.2 Nhiệt độ và pH hoạt động của enzyme

Qua các nghiên cứu cho thấy β-glucosidase được sinh tổng hợp từ vi sinhvật có dải pH hoạt động khá rộng từ 4 - 6 Nhìn chung, enzyme thu được từ nấm

sợi và đặc biệt là các chủng Aspergillus niger có khả năng hoạt động rất mạnh trên cơ chất là cellobiose và hầu hết có pH tối ưu từ 4 - 5 (Aspergillus niger có

pH tối ưu dao động trong khoảng từ 4,6 - 5,3) Trong khi đó β-glucosidase của vikhuẩn và nấm men thường có pH tối thích cao hơn một chút (pH 5 - 6)

2.3.3.3 Ảnh hưởng của một số yếu tố đến hoạt độ enzyme β-glucosidase

a) Sự kìm hãm bởi đường glucose:

Sự kìm hãm cạnh tranh bởi glucose là đặc tính chung của các glucosidase từ vi sinh vật và là nguyên nhân chính làm hạn chế việc sử dụngchúng trong các quá trình thủy phân nguyên liệu thực vật bằng enzyme Hầu hếtβ-glucosidase của vi sinh vật bị kìm hãm bởi glucose ở ngưỡng 0.5 - 100 mmol(Wrolstad và cs, 1994) Các kết quả nghiên cứu cho thấy enzyme được tách từmột số loại thực vật bị kìm hãm bởi đường glucose, ví dụ như hoạt tính củaenzyme tách chiết từ quả cây citrus bị kìm hãm bởi glucose và glucozanolacton

β-Trong khi đó, enzyme tách chiết từ một số loài thực vật khác như nhân hạt mận(Việt Nam) và hạt gỗ hồng sắc (Thái Lan) thì không thấy có sự ảnh hưởng sâusắc của glucose cũng như fructose tới hoạt tính xúc tác

b) Ảnh hưởng của etanol

Phần lớn hoạt độ của enzyme β-glucosidase thu nhận từ vi sinh vật đượchoạt hóa bởi etanol nồng độ thấp Điều này trái ngược với các kết quả nghiêncứu về sự ảnh hưởng của etanol tới hoạt tính xúc tác của enzyme từ thực vật.Hoạt tính của chế phẩm chỉ còn khoảng 40% khi nồng độ ethanol lên tới 20%(Wrolstad và cs, 1994)

c) Ảnh hưởng của các ion kim loại

Một số ion kim loại như Ag+, Hg2+, Cu2+, Fe3+ có khả năng ức chế hoạt độngcủa enzyme β-glucosidase khi chúng xuất hiện trong môi trường (Esen, 2003)

2.4.4 Khả năng ứng dụng của enzyme β-glucosidase

Nhờ có phổ tác dụng rộng không những trên các oligosaccarrit mà còntrên các liên kết alkyl, aryl glucozit nên ngày nay enzyme β-glucosidase được sửdụng với nhiều mục đích và trong các lĩnh vực khác nhau Nó không nhữngđược sử dụng trong công nghiệp đồ uống với mục đích khử đắng dịch quả vàtăng hương cho rượu vang mà còn được ứng dụng trong công nghiệp hươngliệu để sản xuất vani, trong công nghiệp xử lý rác thải cellulose…

2.4.4.1 Trong công nghiệp đồ uống

Trong những năm gần đây, việc sử dụng chế phẩm enzyme thủy phân liênkết diglucozit trong đó có β-glucosidase trong công nghiệp đồ uống nhằm tănghương thơm, tăng giá trị cảm quan của sản phẩm ngày càng trở nên phổ biến.Hương thơm đặc trưng của rượu vang và các loại đồ uống khác chủ yếu do cáchợp chất aglycon như các monoterpen, dẫn xuất của benzen, rượu aliphatíc,…đem lại Các hợp chất monoterpen (geraniol, nerol, citronellol, inalol, α-terpineol, ) thường ở dưới dạng di-glycosidic, có liên kết β-D-glucopyranosevới glycol và/hoặc với đường khác Bản thân các tiền chất thơm này không bayhơi nhưng có thể bị thuỷ phân bởi axit hoặc enzyme để giải phóng các hợp chấtbay hơi như terpenol, sesquiterpen,… Phương pháp thuỷ phân bằng enzyme cónhững ưu điểm vượt trội hơn do không làm thay đổi bản chất của các

monterpen, đồng thời sự thuỷ phân diễn ra nhanh chóng dưới điều kiện có thểkiểm soát được Enzyme β-glucosidase có sẵn trong nguyên liệu ban đầu thườnghoạt động rất kém trong môi trường rượu vang nên cần phải bổ sung chế phẩmenzim từ ngoài vào.

Những nghiên cứu gần đây đã chứng minh rằng sự thuỷ phân các hợp chấtnày gồm hai bước:

 Enzyme α-L-arabinofuranosidase hoặc α-L-rhamnosidase sẽ phá huỷ mộtphần liên kết nội đường, giải phóng aglycol hoặc các monoterpenyl -glucozit tương ứng

 Enzyme β-glucosidase sẽ tiếp tục thuỷ phân nốt phần liên kết còn lại, tácdụng lên các monoterpenyl β-glucozit vừa được tạo ra giải phóng ra các cấu tửthơm dạng monoterpen

Ngoài ra, tốc độ xúc tác của β-glucosidase lên các rượu bậc thấp cao hơn

so với rượu bậc cao, trái ngược so với sự thủy phân bằng axit Các β-glucosidase từ nấm mốc có khả năng thuỷ phân các tiền chất thơm thành chấtthơm với lượng lớn hơn rất nhiều so với enzyme có sẵn trong bản thân thực vậtbởi vì enzyme từ nấm mốc thể hiện tính ổn định ở pH của rượu vang

Một ứng dụng quan trọng khác của enzim β-glucosidase là khả nănggiảm vị đắng của các loại nước ép từ quả, đặc biệt là các loại quả thuộc họ citrus(cam, chanh, bưởi,…) và họ prunus (mơ, mận, đào)

Chất đắng là một vấn đề chủ yếu trong công nghiệp chế biến các sảnphẩm từ quả tươi Đối với một số quả thì chất đắng là mong muốn và trông đợi

vì nó tạo cho sản phẩm một hương vị riêng như chất đắng trong quả nho Tuynhiên, cũng có một số chất đắng gây ra vị khó chịu cho người tiêu dùng và làmgiảm giá trị cảm quan của sản phẩm như chất đắng trong các loại quả họ citrus

và prunus, do đó cần được loại bỏ Chất đắng có trong bản thân quả tươi banđầu và hàm lượng tăng lên đáng kể trong quá trình chế biến do có xử lý gianhiệt Chất đắng trong các loại quả khác nhau thường không giống nhau Trongcác loại quả thuộc họ citrus, chất đắng thường là hợp chất flavonoid nairinginhoặc limonoid, còn trong họ prunus thì chất gây ra vị đắng chủ yếu làamygdalin Do đó, tác dụng khử đắng của β-glucosidase đối với từng loại nước

quả cũng khác nhau, β-glucosidase có thể hiệp đồng tác dụng với một hay mộtvài enzyme khác

2.4.4.2 Phân giải cellulose

Một lĩnh vực mà enzyme β-glucosidase ngày càng chiếm một vị trí quantrọng đó là xử lý môi trường, phân huỷ các nguồn chất thải từ nông nghiệp vàcác nguồn rác thải giàu cellulose Hệ enzyme cellulase nói chung và enzyme β-glucosidase nói riêng đều có khả năng phân huỷ hoàn toàn cellulose tự nhiênthành glucose Do trong sự tạo thành phức hệ cellulase thường hay thiếu hụt β-glucosidase dẫn đến làm giảm tốc độ thuỷ phân cellulose, nên cần bổ sung chếphẩm enzyme từ ngoài vào

Ngoài ra, β-glucosidase có khả năng thủy phân cellobiose (1,4 glucopyranosyl D-glucose), là một loại disaccarit không thể tiêu hoá được trong

β-D-cơ thể người, là một trong những nguyên nhân gây bệnh tiêu chảy ở trẻ em.Enzyme β-glucosidase có thể thuỷ phân loại đường này triệt để thành glucose,giảm khả năng gây tiêu chảy ở người

PHẦN THỨ BA ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1 Đối tượng, vật liệu nghiên cứu

b Các thiết bị phân tích hóa lý

Các thiết bị dùng để phân tích bao gồm: bể ổn nhiệt - JULABO TW20,Đức; cân phân tích - SHIMADZU & MONO BLOC, Nhật Bản; chiết quang kế;máy đo độ cứng ABSOLUTE, Nhật Bản; thước kẹp hiện số

3.1.2.2 Hóa chất sử dụng

Một số hóa chất dùng trong phân tích gồm có: HCl 2%, dung dịch iot0,01N, NaOH 0,1N, NaOH khan, tinh bột chỉ thị 0,5%, Phenolphtalein

3.2 Địa điểm và thời gian nghiên cứu

Bộ môn Bảo quản và chế biến, Viện Nghiên cứu Rau quả Trâu Quỳ Gia Lâm - Hà Nội

-Thời gian nghiên cứu: 23/01/ 2013 - 20/06/2013

3.3 Nội dung nghiên cứu

3.3.1 Nghiên cứu lựa chọn giống cam và độ chín thích hợp cho mục đích chế biến nước quả

Thông qua các chỉ tiêu vật lý (màu sắc, kích thước, độ cứng, tỷ lệ thu hồidịch quả), hóa học (hàm lượng chất khô hòa tan, hàm lượng axit, vitamin C) và

sự thay đổi các chỉ tiêu này ở các độ chín khác nhau để xác định giống và độchín thích hợp cho quá trình chế biến

3.3.2 Nghiên cứu sử dụng chế phẩm enzyme Pectinex Ultra SP-L và glucosidase nhằm tăng hiệu suất thu hồi và chất lượng dịch quả

β-Nghiên cứu các thông số về nồng độ, thời gian và nhiệt độ xử lý enzymePectinex Ultra SP-L và β-glucosidase thích hợp để thu được dịch quả với hiệusuất thu hồi và chất lượng tốt nhất

3.3.3 Nghiên cứu tỷ lệ phối chế dịch quả/sản phẩm, tỷ lệ các chất điều vị thích hợp

Xác định tỷ lệ phối chế dịch quả /sản phẩm và tỷ lệ TSS/A thích hợp đểvừa có sản phẩm nước cam với chất lượng tốt vừa đảm bảo tính kinh tế cho quátrình sản xuất

3.3.4 Nghiên cứu chế độ thanh trùng sản phẩm thích hợp

Nghiên cứu xác định nhiệt độ và thời gian thanh trùng thích hợp đối vớisản phẩm nước cam nhằm tăng thời gian bảo quản mà vẫn giữ được các tínhchất đặc trưng của sản phẩm

3.3.5 Xây dựng quy trình công nghệ chế biến nước cam có sử dụng chế phẩm enzyme pectinase và β-glucosidase

Từ các kết quả nghiên cứu thu được xây dựng quy trình chế biến nướccam có sử dụng enzyme ở những điều kiện thích hợp

3.4 Phương pháp nghiên cứu

3.4.1 Phương pháp vật lý

3.4.1.1 Xác định độ cứng của nguyên liệu

Để xác định độ cứng của quả, chúng tôi sử dụng máy đo độ cứngMitutoyo của Nhật Bản

Độ cứng của quả được xác định bằng độ lún của đầu to trên vỏ quả (mm) dướitác dụng của quả cân có trọng lượng 200g trong một thời gian nhất định 5 giây

3.4.1.2 Đo kích thước quả

Để đo kích thước quả, chúng tôi sử dụng thước kẹp hiện số của hãngMitutoyo (Nhật Bản)

3.4.1.3 Xác định tỷ lệ thu hồi dịch quả

Phương pháp để tính tỷ lệ thu hồi dịch quả là cân, đong

Tỷ lệ thu hồi dịch quả (%) = Tổng khối lượng dịch quả × 100 / Tổng khối lượngnguyên liệu

3.4.2 Phương pháp hóa lý

3.4.2.1 Xác định nồng độ chất khô hòa tan bằng chiết quang kế

* Nguyên lý: Khi đi từ một môi trường (không khí) vào một môi trường

khác (chất lỏng) tia sáng sẽ bị lệch đi (bị khúc xạ), nếu chất lỏng là một dungdịch chất hòa tan (dung dịch đường, muối…) dựa trên độ lệch của tia sáng ta cóthể xác định nồng độ chất hòa tan

Dịch quả thu được sau công đoạn lọc ép, được khuấy đều và lấy từ 1-2 giọt nhỏvào bề mặt của refactometer Đọc chỉ số trên refacmeter Đơn vị đo là ºBx đo ở 20ºC

3.4.2.2 Xác định hàm lượng axit bằng phương pháp trung hòa với NaOH 0,1N

* Nguyên tắc: dựa trên phản ứng trung hòa giữa các axit hữu cơ và

NaOH

* Tiến hành:

Nghiền nguyên liệu, cân 5g dịch quả cho vào bình định mức 100 ml, bổsung nước cất đến 100 ml và lọc qua giấy lọc Hút 10 ml dịch lọc cho vào bình

tam giác 250 ml, bổ sung thêm 3 giọt phenolphtalein rồi chuẩn độ bằng NaOH 0,1Nđến khi dung dịch chuyển từ không màu thành màu hồng nhạt bền trong 30 giây.

3.4.2.3 Xác định hàm lượng vitamin C bằng phương pháp chuẩn độ iot

* Nguyên tắc: dựa trên phản ứng sau:

I2 + C6H8O6 → C6H6O6 + 2 H+ + 2 I

* Tiến hành:

Nghiền nguyên liệu, cân 10g dịch quả, sau đó đem ngâm trong 50ml dungdịch HCl 2%, khuấy đều rồi để trong bóng tối 10 phút Sau đó định mức lên100ml rồi lọc lấy dịch trong Lấy 10ml dịch lọc thêm vài giọt tinh bột chỉ thị sau

đó chuẩn độ bằng dung dịch Iôt 0,01N đến xuất hiện màu xanh lam thì kết thúc

* Tính toán kết quả:

Hàm lượng vitamin C = ×100×1000 (mg%)Trong đó:

V - Số ml định mức lên (100ml)

0.00088 - Hệ số chuyển đổi tương ứng

M - Số g mẫu đem phân tích (10g)

V - Số ml dịch mẫu phân tích đem chuẩn độ (10ml)

a - Số ml Iôt đã chuẩn độ (ml)

3.4.2.4 Xác định hàm lượng naringin trên hệ thống Sắc kí khí phổ khối (GC/MS)

Sau khi chạy máy bằng chế độ quét (SCAN), xác định được chính xácthời gian lưu của peak naringin chuẩn và phổ mảnh đặc trưng của nó Nếu chạy

ở chế độ giám sát ion lựa chọn (Selected Ion Monitoring/SIM) độ nhạy của phépphân tích sẽ cao gấp 10-100 lần so với chạy máy ở chế độ SCAN

* Tham số cơ bản chạy cho GC/MS

 Chương trình nhiệt độ của lò: nhiệt độ đầu 50oC giữ 1 phút, rồi gia tốc

10oC/phút đến nhiệt độ 120ºC giữ trong 1 phút rồi gia tốc 5ºC/phút lên 250ºC

và giữ trong 6 phút

 Nhiệt độ buồng bơm mẫu (injector) : 250ºC

 Nhiệt độ bộ phận ghép nối giữa khối GC và MS (Interface): 260ºC

 Bơm không chia dòng (Splitless)

 Tốc độ dòng pha động (dùng khí helli có độ tinh khiết 99.999%): 1,0 ml/min

 Cột sắc ký mao quản Supelco SPB-5: chiều dài cột 30m, đường kínhtrong cột 0,25 mm, độ dày lớp pha tĩnh 0,25 µm

 Thời gian cắt dung môi: 5 phút

 Giải phổ chạy SCAN: 50 - 450 Da

 Chế độ chạy SIM với những mảnh đặc trưng của naringin: 272, 153, 271,

120, 179, 166, 273, 152, 60, 78

* Tính kết quả

Căn cứ vào đường chuẩn tương quan giữa diện tích pig và nồng độ (phụlục), căn cứ vào diện tích pig của mẫu để tính kết quả theo công thức sau:

X (µg/g) = V x Cm/mTrong đó:

V - Thể tích dịch chiết cuối cùng chạy máy (ml);

Cm - Nồng độ dung dịch chiết mẫu tính theo đường chuẩn (µg/ml);

m - Khối lượng của mẫu phân tích (g)

3.4.3 Phương pháp đánh giá cảm quan

Để đánh giá các chỉ tiêu cảm quan, sử dụng phương pháp đánh giá cảmquan cho điểm thị hiếu theo thanh HEDONIC, đánh giá độ ưa thích như sau:

3.4.4 Phương pháp kiểm tra chỉ tiêu vi sinh vật

Xác định vi khuẩn tổng số, nấm men, nấm mốc theo TCVN 5165:1990 vàTCVN 5166:1990 sử dụng phương pháp đếm khuẩn lạc

3.4.5 Phương pháp xử lý số liệu

Số liệu được tính toán bằng phần mềm Microsofl Excel và xử lý bằngphần mềm IRRISTAT 5.0

3.4.6 Phương pháp toán học

Khi nghiên cứu một quá trình công nghệ, đại lượng ta quan tâm là hiệu suấtthu hồi, nồng độ dung dịch thu được hay hiệu quả kinh tế… Các đại lượng này rất

đa dạng, phụ thuộc vào mục đích nghiên cứu Mối quan hệ giữa các đại lượng này

và các thông số công nghệ thường rất phức tạp, khó có thể tìm ra bằng lý thuyết.Trong trường hợp này, phương pháp được áp dụng phổ biến là coi toàn bộ quytrình công nghệ là một hộp đen, đại lượng mà ta quan tâm là đầu ra còn các tham

số công nghệ ảnh hưởng là đầu vào

Khi đó, mối quan hệ giữa các đại lượng ta quan tâm và các tham số côngnghệ được biểu diễn bằng hàm số:

Y = f(X1,X2…Xn)Hàm số này được gọi là hàm hồi quy Để tìm hàm hồi quy phải tiến hành cácthí nghiệm rồi sau đó mới dùng các công cụ toán học để xử lý số liệu, hàm hồi quythu được sẽ phản ánh chân thực hay khác xa thực tế.

Để giảm bớt số lượng các thí nghiệm, người ta đã lập ra các kế hoạch thựcnghiệm Số lượng các thí nghiệm trong các kế hoạch này phụ thuộc vào số tham sốcông nghệ và mức độ mô tả chính xác của hàm hồi quy so với thực tế

Để đạt được mục đích nghiên cứu chúng tôi chọn quy hoạch bậc một haimức tối ưu toàn phần ( kế hoạch 2k)

Trước khi tiến hành thí nghiệm, cần phải xác định khoảng biến thiên của cácyếu tố ảnh hưởng bằng cách thực hiện các thí nghiệm thăm dò đơn yếu tố Trongcác thí nghiệm này chỉ thay đổi một yếu tố công nghệ còn các yếu tố công nghệcòn được giữ nguyên ở một giá trị xác định, sau đó mã hóa các yếu tố đó, mức trênđược lấy giá trị +1, còn mức dưới lấy giá trị -1, giá trị nằm giữa mức trên và mứcdưới được gọi là “mức không” hay mức “cơ bản”, được tính theo công thức (3.2)

Xj = (3.1)Trong đó:

Zi  giá trị thực tế của thông số công nghệ vào thứ j;

Xj  giá trị mã hóa của thông số công nghệ vào thứ j;

Zj0  giá trị thực tế của thông số công nghệ ở mức cơ bản;

 Zi  khoảng (bước ) thay đổi yếu tố đầu vào

Zj0 = (3.2)

Zj0 = (3.3)Trong đó:

Zj max  giá trị thực tế của thông số công nghệ ở mức trên;

Zj min  giá trị thực tế của thông số công nghệ ở mức dưới

Trong trường hợp cụ thể, số yếu tố công nghệ đầu vào k =3 số thí nghiệm sẽlà: N=2k =23 =8, ta có phương trình hồi quy như sau:

Y = b0 + b1X1 + b2X2 + b3X3 + b12X1X2 + b13X1X3 + b23X2X3 + b123X1X2X 3 (3.4)Trong đó:

b1, b2, b3, b12, b13, b23, b123  các hệ số hồi qui;

X1;X2; X3  giá trị mã hóa của thông số công nghệ vào;

Y  hàm mục tiêu

Ma trận kế hoạch thí nghiệm được thực hiện theo bảng sau

Bảng 3.1 Bảng ma trận kế hoạch thực nghiệm

Kết quả thínghiệm

bj  tb*S(bi) (3.7)Trong đó:

tb  tiêu chuẩn Student tra bảng ở mức có nghĩa p và bậc tự do lặp f2;

S(bi)  độ lệch phân bố b được xác định theo công thức công thức:

11= (Ya0 - Y0)2 (3.8)Trong đó :

m  số thực nghiệm lặp tại tâm;

Ya0  giá trị của thực nghiệm lặp thứ a;

Y0  giá trị trung bình cộng của các thí nghiệm lặp

Sau khi loại bỏ các hệ số không có nghĩa thì chuyển sang kiểm tra tính tươnghợp của hàm hồi quy chỉ chứa các hệ số có nghĩa và các biến kèm theo nó

Sự tương hợp của mô tả thống kê với bức tranh thực nghiệm được kiểmchứng theo tiêu chuẩn Fisher nhờ điều kiện:

F =  Fp,f2,f1 (3.9)Trong đó:

Fp,f2,f1  tiêu chuẩn Fisher tra bảng ở mức ý nghĩa p, bậc tự do lặp f2 = m-1,bậc tự do dư f1= N-1;

L  số hệ số có nghĩa trong mô tả thống kê

Sau khi lập được hàm hồi quy biểu diễn sự phụ thuộc của hàm mục tiêuvào các tham số công nghệ, tiến hành xác định giá trị tối ưu của hàm mục tiêubằng phương pháp quy hoạch hình học sử dụng chương trình Matlab vẽ bề mặtđáp ứng của các tham số công nghệ, từ đây tìm được giá trị tối ưu của hàm mụctiêu (Nguyễn Minh Tuyển, 2005)

3.4.7 Phương pháp bố trí thí nghiệm

3.4.7.1 Nghiên cứu xác định giống cam và độ chín thích hợp cho mục đích chế biến nước quả

a) Xác định giống cam thích hợp

Trên cơ sở so sánh các chỉ tiêu cảm quan (màu sắc vỏ quả, dịch quả,hương vị), vật lý (khối lượng, hiệu suất thu hồi dịch quả, độ cứng quả), hóa học

(hàm lượng chát khô hòa tan, hàm lượng axit, hàm lượng vitamin C) và các sốliệu liên quan đến hiêu quả kinh tế (giá thành, hiệu suất thu hồi) của hai giốngcam sành và cam chanh ở cùng một độ chín, từ đó xác định được giống camthích hợp cho mục đích chế biến nước quả.

b) Nghiên cứu xác định độ chín thích hợp

Tiến hành xác định các chỉ tiêu lý hóa, cảm quan của giống cam (là kếtquả từ thí nghiệm 1) ở 3 độ chín thu hái khác nhau:

Mẫu M1: Quả có độ chín thu hái khoảng 75 80% (tương đương với 170

-180 ngày kể từ khi đậu quả), ở độ chín thu hái này quả có trạng thái cứng chắc,

vỏ có màu xanh đậm

Mẫu M2: Quả có độ chín thu hái khoảng 85 90% (tương đương với 190

-200 ngày kể từ khi đậu quả), trạng thái quả hơi cứng, vỏ quả có màu xanh đậmhoặc xanh vàng

Mẫu M3: Quả có độ chín thu hái khoảng 95 - 100% (tương đương với 210

- 220 ngày kể từ khi đậu quả), trạng thái quả hơi mềm, vỏ quả có màu xanh hơiánh vàng hoặc vàng

Từ các kết quả thu được lựa chọn độ chín thích hợp nhất với mục tiêu thuđược dịch quả có màu sắc, hương vị hấp dẫn và có chứa hàm lượng các chấtdinh dưỡng cao nhất Đồng thời quả phải ở giai đoạn chín sao cho lượng dịchquả thu được lớn nhất

3.4.7.2 Nghiên cứu sử dụng chế phẩm enzyme Pectinex Ultra SP-L nhằm tăng hiệu suất thu hồi và chất lượng dịch quả

a) Nghiên cứu xác định nồng độ enzyme

Thịt quả sau khi nghiền xé được chia thành các mẫu có khối lượng nhưnhau (100g) Các mẫu lần lượt được bổ sung enzyme Pectinex Ultra SP-L ở cácnồng độ lần lượt là 0,005%, 0,01%, 0,015%, 0,02%, 0,025%, 0,03%, 0,035%.Song song tiến hành mẫu đối chứng (không bổ sung enzyme) Các mẫu đượctiến hành ở các điều kiện sau: thời gian xử lý: 90 phút, nhiệt độ xử lý: 35ºC

Sau thời gian xử lý các mẫu được nâng nhiệt lên 80ºC trong 5 phút để vôhoạt enzyme và đưa đi lọc ép để thu dịch quả Tiến hành xác định các chỉ tiêu: